JPH01201094A - 液相エピタキシャル成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔（既　　要〕 傾斜型液相エピタキシャル成長方法に関し、基板上に組
成の異なる水銀・カドミウム・テルルのエピタキシャル
層を同一のエピタキシャル成長用メルトを用いてアンプ
ルを破ることなく連続的に８１層形成するのを目的とし
、 エピタキシャル成長用基板とダミー基板とを上下の方向
に、かつ前記成長用基板とダミー基板とを挟持する支持
部材の中心軸に対して相対的に位置ずれさせた状態で支
持部材で挟持し、エピタキシャル成長用材料と共にアン
プル内に封入し、前記エピタキシャル成長材料を溶融後
、前記アンプルを回転させて溶融したメルトを基板に接
触させ、該メルトの温度を低下させながら第１層のエピ
タキシャル層を基板上に形成後、 前記アンプルを回転させて第１層エピタキシャル層析出
後のメルトにダミー基板を接触させ、該メルトの温度を
低下させながら第１Ｎの結晶層と組成の異なるダミー層
をダミー基板に析出させ、次いで前記アンプルを回転さ
せ、エピタキシャル成長用基板を前記ダミー層析出後の
メルトに接触させ、該メルトの温度を低下させながら基
板上に第１層のエピタキシャル層と組成の異なる第２層
のエピタキシャル層を形成することで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液相エピタキシャル成長方法に係り、特に易蒸
発性の水銀を含む水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇｌ−
ｘＣｄｘ　Ｔｅ）の結晶層を多層構造に組成を変動させ
た状態で基板上に形成する傾斜型液相エピタキシャル成
長方法に関する。

赤外線検知素子のような光電変換素子にはエネルギーバ
ンドギャップの狭いｌ１ｇ、−えＣｄ、　Ｔｅの結晶が
用いられている。このような１１ｇ、□ＣｄＸＴｅの結
晶をカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）基板上にエピタキシ
ャル成長する場合、水銀が易蒸発性の元素であるため、
密閉構造のアンプルを用いて水銀の蒸発を防ぎ、溶融し
たＨｇ１−ＸＣｄＸＴｅのメルトを基板に接触させ、メ
ルトの温度を低下させながら、基板上にｌ１ｇ、□Ｃｄ
、　Ｔｅのエピタキシャル層を成長する傾斜型液相エピ
タキシャル方法が、装置が簡単でかつエピタキシャル層
の組成制御性が良い等の理由により多用されている。

ところで赤外線検知素子の形成材料としてＣｄＴｅの基
板上に例えばＸ値が０．２のＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ
のエピタキシャル層を１０μｍ程度に薄く形成する材料
が要求されており、このような薄層のＨ８１〜、　Ｃｄ
。

Ｔｅのエピタキシャル層を薄く形成するには、直接Ｃｄ
Ｔｅの基板上にエピタキシャル層を形成すると、このエ
ピタキシャル層と基板間で各々の基板とエピタキシャル
層を構成する原子間で相互拡散が生じ、所望の組成のエ
ピタキシャル層が得られない。

そのため、ＣｄＴｅの基板上に予めＸ値が０．２５のＨ
ｇ１□Ｃｄ、　Ｔｅのエピタキシャル層を２０μｍ程度
の厚さにバッファ層として厚く形成した後、その上にＸ
値が０．２の１１８．□Ｃｄ、　Ｔｅのエピタキシャル
層を１０μｍの厚さに薄く形成している。

〔従来の技術〕

従来、このような多層構造のＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ
のエピタキシャル層をＣｄＴｅの基板上に形成する場合
、第６図に示すように石英製の円柱状の支持部材１の溝
２内にエピタキシャル成長すべきＣｄＴｅｇ板３と支詩
板４を重ねて挿入するとともに、Ｈｇ１−ｘ　ＣｄｘＴ
ｅよりなるエピタキシャル成長用メルト形成材料５とを
共にアンプル６内に挿入した後、該アンプル６を排気し
た後、アンプルの一端Ａを溶融封止する。

次いで前記メルト形成材料５を溶融した後、アンプル６
を矢印Ｂ方向に１８０度回転し、基板に溶融したメルト
を接触させた後、メルトの温度を降下させ、第７図に示
すようにＣｄＴｅの基板３上に第１層の例えばＸ値が０
．２５の第１層のエピタキシャルＮ７を形成する。

次いで前記アンプル６を破って第１層のエピタキシャル
層７を形成した基板３を取り出した後、別個のアンプル
にＸ値が０．２０のＩｌｇ、−、ＣｄＸＴｅ形成用の材
料と前記第１層のエピタキシャル層を形成した基板３と
を封入した後、前記した操作を繰り返して基板３上に第
２層のＸ値が、０．２０の）Ｉｇ＋−７Ｃｄ、　Ｔｅの
結晶を第２層のエピタキシャル層８として形成している
。

〔発明が解決しようとする課題〕

然し、上記した方法では基板３上に第１層のエピタキシ
ャル層７を形成後、アンプル６を破って第２層のエピタ
キシャル層形成材料を別個のアンプルに封入する作業を
せねば成らずその作業が煩雑でまたアンプルも破る必要
があるのでアンプルの消耗が早かった。

更に第１Ｎのエピタキシャル層７を形成した基板３をア
ンプル６より取り出す必要があり、その時、第１層のエ
ピタキシャル層７が大気中に曝される。またその上に第
２層のエピタキシャル層８を形成すると第１層のエピタ
キシャル層７と第２層のエピタキシャル層８の結晶界面
が大気の水分等で酸化され、汚染される問題がある。

本発明は上記した問題点を除去し、簡単な方法で基板上
に組成の異なるエピタキシャル結晶を連続的にアンプル
を破ることなく、またエピタキシャル層形成材料を充填
しなおす煩雑な作業を必要としない液相エピタキシャル
成長方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のエピタキシャル成長方法は、エピタキシャル成
長用基板とダミー基板とを、上下の方向にかつ該成長基
板とダミー基板を挟持する支持部材の中心軸に対して相
対的に位置ずれさせて前記支持部材で挟持し、エピタキ
シャル成長用材料と共にアンプル内に封入し、前記エピ
タキシャル成長材料を溶融後、前記アンプルを回転させ
て溶融したメルトを基板に接触させ、該メルトの温度を
低下させながら第１層のエピタキシャル層を基板上に形
成後、 前記アンプルを回転させて第１層エピタキシャル層析出
後のメルトにダミー基板を接触させ、該メルトの温度を
低下させながら第１層の結晶層と組成の異なるダミー層
をダミー基板に析出させ、次いで前記アンプルを回転さ
せ、エピタキシャル成長用基板を前記ダミー層析出後の
メルトに接触させ、該メルトの温度を低下させながら基
板上に第１層のエピタキシャル層と組成の異なる第２層
のエピタキシャル層を形成することで構成する。

〔作　用〕

前記したＣｄＴｅ　３の基板上にＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｓ　
ＴｅのメルトよりＩｌｇ、−、Ｃｄ、ＩＴｅの結晶をエ
ピタキシャル成長させる場合、Ｃｄの偏析係数が）Ｉｇ
の偏析係数に比して大きいため、Ｈｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　
Ｔｅ層を形成するにつれて、メルト中のＣｄ／Ｈｇの比
は小さく成ってくる。

つまりＨｇ＋−ウＣｄ、　ＴｅのメルトにＣｄＴｅの基
板を接触させて該メルトの温度を降下させながら該基板
上にエピタキシャル層を成長させるにつれてエピタキシ
ャル層の表面にはＸ値の小さいエピタキシャル層が形成
される。

この状態を第５図に示す。図で縦軸はＸ値を示し、横軸
はエピタキシャル層の厚さ（μｍ）、およびメルトの温
度（°Ｃ）を示す。

上記したように、形成されるエピタキシャル層は成長す
るにつれて直線１１に示すようにＸ値は小さくなる。

本発明の方法は、エピタキシャル成長用基板にＣｄ０Ｘ
値が０．２５の値のエピタキシャル層を成長させた後、
形成されるエピタキシャル結晶のＸ値が０．２５より０
．２０の値まで変動する領域のメルト、即ちメルト温度
が４９０°Ｃより４７５°Ｃ迄のメルトを、ダミー基板
にダミー層として予め析出させた後、更に第１層のエピ
タキシャル層を形成した基板にダミー層析出後のメルト
を接触させることでＸ値が０．２０の第２層のエピタキ
シャル層が形成できる。

これによって基板上にＸ値が０．２５のＨｇ、−、Ｃｄ
ｘＴｅの結晶層が第１層のエピタキシャル層としてて形
成され、その上にＸ値が０．２０のｔｌｇｌ−、（ｃａ
ＸＴｅの結晶層が第２層のエピタキシャル層としてエピ
タキシャル層形成材料を交換することなく連続的に容易
に積層形成できる。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の一実施例に付き詳細に
説明する。

第１図は本発明の方法に用いるエピタキシャル成長装置
の断面図で、第２図は第１図の１−１’線に沿った断面
図である。

第１図および第２図に図示するように、円柱状の石英よ
り成る支持部材２１Ａ、２１Ｂの対向面に設けた上部溝
２２内に、石英より成る支持板２３に設置されたＣｄＴ
ｅよりなるエピタキシャル成長用基板２４が設置され、
上記上部溝２２の下部に、前記円柱状の支持部材２１Ａ
、２１Ｂの中心軸２５に対して横方向に位置ずれさせた
位置に設けた下部溝２６に、ダミー基仮２７が下部に支
持板２８が上部の位置になるようにして積層して挿入す
る。ここでダミー基板２７並びにダミー基板２７の支持
板２８の一方の端部は、ダミー基板２７にダミー層を形
成する際、メルトがエピタキシャル成長用基板２４側に
流出しないようにするため、支持部材２１Ａ、　２１Ｂ
の左端部に位置するようにしてお（。

またダミー基板２７の下部には）Ｉｇ＋□ＣｄＸＴｅよ
りなるメルト形成材料２９を充填した状態で、前記支持
部材２１Ａ、２１Ｂ、エピタキシャル成長用基板２４、
ダミー基板２７をアンプル３０にて封止する。

このようなエピタキシャル成長装置を用いて本発明の方
法を実施する場合に付いて述べると、まず第３図（ａ）
に示すように、前記したエピタキシャル成長用材料を溶
融してエピタキシャル成長用メルト２９とする。

次いでアンプル３０を矢印Ｃ方向に沿って１８０度回転
させ、第３図（ｂ）の状態にしてエピタキシャル成長用
メルト２９にエピタキシャル成長用基板２４を接触させ
、メルト２９の温度を第４図の直線３１に示すように５
００°Ｃの温度より４９０°Ｃの温度まで所定の温度勾
配で降下させ、メルトの温度が４９０°Ｃに成った温度
Ｔ、の時点で、基板上にＸ値が０．２５のＩＩｇ＋−ｘ
　Ｃｄ、　Ｔｅの結晶層を第１層のエピタキシャル層と
して２０μｍの厚さに形成する。

次いでアンプル３０を矢印り方向に沿って２７０度回転
させ、第３図（Ｃ）の状態にしてダミー基板２７にエピ
タキシャル成長用メルト２９を接触させ、該メルトの温
度を第４図の直線３１に示すように４９０°ＣのＴ、Ｕ
度より４７５°Ｃの１２温度まで所定の温度勾配で降下
させ、ダミー基板２７上にＸ値が、０．２５より０．２
０迄の’ｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの結晶層をダミー層と
して析出させる。

次いでアンプル３０を更に矢印Ｅ方向に沿って２７０度
回転させ、第３図（ｄ）の状態にしてエピタキシャル成
長用基板２４に、前記ダミー層の析出後のエピタキシャ
ル成長用メルト２９を接触させ、メルトの温度を直線３
１に示すようにＴ２の温度の４７５°Ｃの温度まで所定
の温度勾配で降下させ、基板上に第２層のＸ値が０．２
０のＨｇ＋−ｘ　ｃａＸ　Ｔｅの結晶層を第２層のエピ
タキシャル層として１０μｍの厚さに形成する。

次いでアンプル３０を更に矢印Ｆ方向に沿っ・て１８０
度回転させ、エピタキシャル成長用基板より不要なメル
トを除去して第１層と第２層のエピタキシャル結晶が形
成された基板を得る。

このような本発明の方法によれば、１回のメルト形成用
材料の充填作業のみで、アンプルを破ることなく、エピ
タキシャル層の成長界面が大気によって汚損されること
なく複数層のエピタキシャル結晶が高品位の状態で形成
できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、煩雑な
作業を必要とせず、またアンプルを破損することなく、
１回のエピタキシャル成長用メルト形成材料の充填作業
のみで、またエピタキシャル層の界面を大気中に曝すこ
とな（、容易に多層構造のエピタキシャル結晶を積層形
成できるので、赤外線検知素子の形成材料の形成法とし
て極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いる装置の断面図、第２図は
第１図の１−１’線に沿った断面図、第３図（ａ）より
第３図（ｅ）までは本発明の方法の手順を示す説明図、 第４図は本発明の方法に用いるメルトの温度プロフィル
図、 第５図は本発明の詳細な説明図、 第６図は従来の方法の説明図、 第７図は従来の方法で形成したエピタキシャル結晶の断
面図である。 図において、 １１はＸ値とエピタキシャル層の厚さとの関係を示す直
線、２１Ａ、２１Ｂは支持部材、２２は上部溝、２３は
支持板、２４はエピタキシャル成長用基板、２５は中心
軸、２６は下部溝、２７はダミー基板、２８は支持板、
２９はメルト形成材料、３０はアンプル、３１はメルト
の温度プロフィル曲線を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エピタキシャル成長用基板（２４）とダミー基板（２
   ７）とを上下の方向に、かつ前記基板（２４）とダミー
   基板（２７）とを挟持する支持部材（２１Ａ、２１Ｂ）
   の中心軸（２５）に対して相対的に位置ずれさせた状態
   で前記支持部材（２１Ａ、２１Ｂ）にて挟持し、エピタ
   キシャル成長用材料（２９）と共にアンプル（３０）内
   に封入し、前記エピタキシャル成長材料（２９）を溶融
   後、前記アンプル（３０）を回転させて溶融したメルト
   をエピタキシャル成長用基板（２４）に接触させ、該メ
   ルト（２９）の温度を低下させながら第１層のエピタキ
   シャル層を基板上に形成後、 前記アンプル（３０）を回転させて第１層エピタキシャ
   ル層析出後のメルト（２９）にダミー基板（２７）を接
   触させ、該メルト（３０）の温度を低下させながら第１
   層のエピタキシャル層と組成の異なるダミー層をダミー
   基板（２７）に析出させ、 次いで前記アンプル（３０）を回転させ、エピタキシャ
   ル成長用基板（２４）を前記ダミー層析出後のメルト（
   ２９）に接触させ、該メルトの温度を低下させながら基
   板（２４）上に第１層のエピタキシャル層と組成の異な
   る第２層のエピタキシャル層を形成することを特徴とす
   る液相エピタキシャル成長方法。